AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA AO POLIMENTO E À DEGRADAÇÃO DE AGREGADOS UTILIZANDO A ABRASÃO LOS ANGELES E O
PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS Iuri Sidney Bessa
Verônica Teixeira Franco Castelo Branco Jorge Barbosa Soares
Universidade Federal do Ceará Departamento de Engenharia de Transportes
Laboratório de Mecânica dos Pavimentos
RESUMO
Diversos estudos mostram que as características de forma, angularidade e textura dos agregados têm impacto nas propriedades mecânicas das misturas asfálticas. No geral, agregados mais angulares são desejáveis para melhorar a resistência à deformação permanente, enquanto agregados mais rugosos tendem a apresentar maior resistência ao dano por umidade. As características relacionadas ao polimento de agregados (perda de textura superficial) afetam a microtextura dos pavimentos asfálticos e, consequentemente, as propriedades de atrito da sua superfície, parâmetros diretamente relacionados à segurança rodoviária. A resistência à degradação, relacionada à abrasão (perda de angularidade) e quebra dos agregados, afeta, dentre outras, a granulometria das misturas produzidas em campo. Pesquisas recentes têm indicado que os métodos atuais para a obtenção da resistência ao polimento possuem limitações; uma delas é o tempo necessário para preparar e polir as amostras. Além disso, há também a influência de outras propriedades nos resultados obtidos em alguns ensaios, como no caso do ensaio com a utilização do pêndulo britânico. Este trabalho propõe uma metodologia de avaliação da resistência ao polimento e à degradação utilizando técnicas de Processamento Digital de Imagens (PDI). Foram utilizados três agregados de pedreiras distintas localizadas no estado do Ceará. A metodologia proposta envolve o uso do equipamento Aggregate Image Measurement System (AIMS), desenvolvido para analisar, através de imagens, agregados em relação às propriedades de forma, angularidade e textura, além de misturas asfálticas, no que diz respeito à textura superficial. Os agregados foram ensaiados com a utilização do equipamento de abrasão Los Angeles, como uma forma de simular o procedimento do Micro-Deval, para que fossem submetidos a processos de polimento e de degradação. O PDI foi utilizado para a determinação de propriedades relacionadas ao polimento e à degradação antes e depois da utilização do Los Angeles. Os resultados indicam que os três agregados sofreram perda nas suas propriedades de angularidade e textura superficial, ficando, assim, com suas superfícies mais lisas e seus cantos mais arredondados.
Palavras-chave: Agregados; Misturas Asfálticas; Polimento; Degradação; Processamento Digital de Imagens
(PDI).
1. INTRODUÇÃO
De acordo com Mahmoud (2005), as propriedades dos agregados usados em misturas asfálticas influenciam diretamente em diversos aspectos relacionados ao desempenho de pavimentos asfálticos. Quando um projeto de mistura é realizado, normalmente, deseja-se a utilização de agregados mais angulares e com textura superficial mais rugosa, uma vez que os mesmos tendem a promover, por exemplo, melhor resistência à deformação permanente. Os agregados para misturas asfálticas devem ainda ser resistentes e durar o suficiente para suportar os processos de produção, transporte, construção, além dos carregamentos do tráfego e os efeitos do clima.
As características de microtextura dos revestimentos asfálticos estão diretamente ligadas à resistência ao polimento dos agregados, afetando, assim, as propriedades relacionadas com o atrito desta camada. Além disso, a resistência à degradação, propriedade que envolve a abrasão e a quebra dos agregados, também é um importante parâmetro a ser considerado no desempenho dos pavimentos. Enquanto que a abrasão pode ser definida como a perda de
angularidade, a quebra se refere à fratura dos agregados. Alguns agregados sofrem abrasão e quebra significativas durante as operações de produção dos próprios agregados e compactação das misturas, o que acaba resultando na mudança de características críticas para o projeto destas misturas. Exemplos de mudança são: a variação da composição de agregados da mistura em relação àquela projetada e a perfuração do filme de ligante com o surgimento de agregados muito pontiagudos. Consequentemente, as características das misturas asfálticas em campo seriam diferentes daquelas originalmente projetadas (Mahmoud, 2005).
Estudos recentes têm sido focados no desenvolvimento de métodos de caracterização das propriedades de forma, angularidade e textura de agregados através do Processamento Digital de Imagens (PDI) e a influência dessas características no desempenho de misturas asfálticas (Masad et al., 2006). Trabalhos nacionais também vêm sendo realizados nos últimos anos com o objetivo de testar e apresentar novas metodologias de caracterização mais precisas e diretas através de imagens (Evangelista Jr. et al., 2005; Vasconcelos et al., 2005; Bessa et al., 2009).
Este trabalho tem como principal objetivo apresentar uma metodologia de análise da resistência ao polimento e à degradação de agregados provenientes de três fontes distintas, todas localizadas no estado do Ceará. Essa metodologia envolveu o uso de uma técnica de PDI, através do equipamento Aggregate Image Measurement System (AIMS), juntamente com ensaios laboratoriais que provocam nos agregados a modificação de algumas de suas propriedades, como angularidade e textura superficial. Para isso, foi utilizado o equipamento de abrasão Los Angeles. As propriedades dos agregados foram analisadas antes e depois da utilização deste equipamento, para que fosse possível quantificar a mudança nas características dos materiais, tentando fazer uma previsão em relação à sua resistência ao polimento e à degradação.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. Polimento de Agregados
A resistência à derrapagem de um pavimento asfáltico depende diretamente das propriedades de micro e macrotextura de sua superfície. De acordo com Kandhal e Parker (1998), a microtextura de uma mistura asfáltica depende principalmente das características de forma dos agregados que a constituem, enquanto que a macrotextura é função das propriedades da mistura, dos métodos de compactação e da granulometria da composição de agregados, além da interação dos agregados com o ligante.
Os agregados utilizados na pavimentação são submetidos ao desgaste causado pelo atrito do tráfego de veículos, sendo assim necessário que os mesmos resistam a esses esforços. A possibilidade de se realizar a medida do polimento dos agregados se torna importante para a pavimentação, pois através dessa medida, pode-se garantir uma maior segurança ao tráfego. O polimento afeta as propriedades de microtextura do pavimento e, em consequência, o atrito que existe entre o pneu dos veículos e a superfície da camada de rolamento (Pereira, 2010). A resistência da superfície dos pavimentos asfálticos em relação à derrapagem e ao atrito deve ter um limite mínimo aceitável para os padrões de segurança das vias (Bloem, 1971). De acordo com Abdul-Malak et al. (1996), os agregados graúdos são os maiores responsáveis pelo desenvolvimento de pontos de contato entre os pneus dos veículos e a superfície do pavimento, o que acaba provocando forças de atrito.
2.2. Degradação de Agregados
As características de resistência à degradação dos agregados, que estão diretamente ligadas às propriedades de abrasão e quebra dos mesmos, podem ser verificadas quando estes são submetidos aos processos de produção e construção antes do início da vida útil do pavimento. A degradação ocorre, geralmente, durante a construção do pavimento e, como consequência, tende a afetar a composição granulométrica dos agregados, fazendo com que as misturas asfálticas produzidas em campo sejam diferentes daquelas projetadas em laboratório (Wu et al., 1998).
Gatchalian et al. (2006) afirmam que o esqueleto mineral de misturas do tipo Open Graded Friction Course (OGFC) e Stone Matrix Asphalt (SMA) podem impor forças muito elevadas nos pontos de contato entre seus agregados ao ponto de ocorrer fraturas das partículas, comprometendo, assim, o desempenho da mistura. Airey et al. (2008) concluíram que as misturas abertas tendem a ter uma maior degradação de seus agregados quando comparadas com as misturas densas. Além disso, um aumento na energia de compactação deve ter uma pequena influência na degradação dos agregados, aumentando a quebra dos mesmos em pequena quantidade. O tipo de mistura e, assim, a granulometria têm uma influência maior.
2.3. Ensaios de Resistência ao Polimento
Existem diversas metodologias disponíveis para avaliar a resistência ao polimento de agregados e a alteração de suas características relacionadas ao atrito. Algumas delas, como o uso do pêndulo britânico, já estão difundidas há muito tempo, enquanto outras vêm sendo desenvolvidas e aprimoradas em alguns países e laboratórios (Mahmoud, 2005). A metodologia de uso do pêndulo britânico, baseada na norma ASTM E 303-98, consiste no lançamento de um pêndulo padronizado em direção a uma amostra de pavimento molhado, para que possa ser medida a perda de energia da sapata de borracha do pêndulo, devido ao atrito, quando ela desliza sobre a superfície do pavimento. Pereira (2010) realizou esse ensaio em placas de misturas asfálticas produzidas em uma mesa compactadora do tipo LCPC. A medição através do pêndulo foi feita em dois momentos, sendo uma antes da simulação de tráfego e outra após 10.000 ciclos de simulação. O resultado obtido foi uma perda na textura superficial de aproximadamente 15% para as misturas avaliadas.
Várias pesquisas têm mostrado que a avaliação do polimento através do ensaio do pêndulo britânico pode não trazer resultados representativos, uma vez que o procedimento realizado por esse ensaio é função de diversos fatores, como a forma de arranjo dos agregados, o número de passadas do pêndulo, o tamanho dos agregados e a curvatura das amostras (Mahmoud, 2005). Perry et al. (2001) utilizaram o pêndulo britânico e também concluíram que o mesmo pode não ser um bom indicador da resistência dos agregados à derrapagem, pois o procedimento realizado nesse ensaio depende diretamente do tamanho das partículas estudadas.
Outro ensaio que é utilizado para a medição do polimento de agregados é o chamado Penn State Reciprocating Polishing Machine Method, que requer o uso de uma máquina portátil capaz de polir agregados ou misturas asfálticas em laboratório ou em campo. Esse equipamento aplica uma espécie de bloco de borracha sobre a superfície de uma amostra a ser polida, enquanto a amostra também é submetida ao contato com a água e a carga abrasiva (Nitta et al., 1990). Mullen et al. (1971) sugeriram um método laboratorial para a avaliação do polimento de agregados, chamado de Circular Track Wear Method. O método se baseia no
polimento de amostras de pavimento colocadas em uma pista circular submetida ao polimento através de pneus de pequeno diâmetro, por um período de 16 horas. Em seguida, é utilizado o pêndulo britânico para a avaliação da textura.
Crouch e Dunn (2005) desenvolveram dois métodos de avaliação da resistência ao polimento de agregados em revestimentos asfálticos. O primeiro, chamado de Tennessee Terminal Textural Condition Method, utiliza o equipamento de abrasão Los Angeles para polir uma amostra de agregado até que ela chegue em sua condição de textura terminal, que pode ser representada como sendo o estado no qual as partículas de agregado atingem mínima angularidade e rugosidade superficial. Após o polimento, as propriedades de textura e angularidade dos agregados são então quantificadas em um equipamento que mede a porcentagem de vazios não-compactados em uma amostra de agregados. O segundo método desenvolvido foi um aprimoramento do primeiro, porém utilizando o equipamento Micro-Deval para o polimento dos agregados. Esse método apresentou algumas vantagens em relação ao primeiro: (i) menor tamanho de amostra; (ii) redução do tempo de polimento em aproximadamente 75% e (iii) estabelecimento de um ponto específico para o término do ensaio.
2.4. Ensaios de Resistência à Degradação
Em relação à degradação, o ensaio realizado no equipamento de abrasão Los Angeles (normatizado pela DNER-ME 35/98) é o mais conhecido e o mais utilizado nos laboratórios ao redor do mundo. Esse ensaio é utilizado para medir a resistência do agregado à abrasão e à dureza (Kandhal e Parker, 1998). A amostra de agregado é colocada juntamente com esferas de aço dentro de um tambor, que gira numa frequência específica, promovendo uma interação das partículas de agregados e entre os agregados e as esferas. Esse movimento submete o material a diferentes processos: abrasão, impacto e trituração. Como o ensaio é bastante severo, acaba sendo mais um teste para avaliação da resistência ao impacto ao invés da resistência à abrasão, por isso o ensaio atualmente vem sendo chamado de ensaio Los Angeles de Abrasão e Impacto (Rogers, 1998).
Rogers (1998) ressalta que a avaliação realizada através da utilização do ensaio de abrasão Los Angeles quantifica, na realidade, a resistência dos agregados em relação à quebra e não à abrasão. Isso se deve ao fato de que o ensaio resulta em um valor de porcentagem de massa perdida da amostra de agregado, desconsiderando a forma dos mesmos após as rotações do tambor e o contato com as esferas de aço. Sendo assim, um baixo valor do parâmetro Los Angeles, ou seja, pouca perda de massa no ensaio, não necessariamente indica agregados resistentes à abrasão, por exemplo.
O segundo ensaio, mais comumente usado para a medição da resistência à abrasão dos agregados, é realizado no equipamento Micro-Deval (AASHTO TP 58-00). Desenvolvido originalmente nos anos 60 na França, esse ensaio avalia a durabilidade e a resistência à abrasão dos agregados através do contato entre partículas de agregados e pequenas esferas de aço, na presença de água (Cooley e James, 2003). Diversos autores têm feito comparações entre os ensaios no equipamento de abrasão Los Angeles e no Micro-Deval. De acordo com Lane et al. (2000), o ensaio de abrasão Los Angeles avalia a resistência dos agregados ao impacto, ao invés de medir a resistência à abrasão. Rogers (1998) afirma que o contato com a água no ensaio no Micro-Deval simula melhor as condições em campo se comparado à condição seca do ensaio no Los Angeles.
Existem outros ensaios para avaliação da resistência à abrasão usados na Europa, como o Aggregate Abrasion Test e o Nordic Ball Mill Test. O primeiro, realizado em condição seca, utiliza um prato de aço que gira sob os agregados para realizar abrasão nos mesmos, já o segundo é apenas uma adaptação do ensaio no Micro-Deval, com algumas modificações no que diz respeito à velocidade de rotação, ao tamanho das esferas de aço, a carga abrasiva e a peneira de corte para a determinação da perda de massa (Mahmoud, 2005). Outro ensaio utilizado está descrito na DNER-ME 399/99 e consiste na determinação da perda de massa de agregado devido ao choque ou ao impacto. O equipamento utilizado chama-se Treton e possui um cilindro de aço oco e aberto em ambas as extremidades. O processo de impacto é realizado através de um martelo cilíndrico que cai livremente sobre a amostra (Bernucci et al., 2007).
3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1. Materiais Estudados
Esta pesquisa apresenta a caracterização de agregados provenientes de três fontes localizadas no estado do Ceará, todas próximas à Região Metropolitana de Fortaleza (RMF). As pedreiras foram escolhidas por produzirem agregados com propriedades mineralógicas distintas: granito (Pedreira 1), gnaisse (Pedreira 2) e fonolito (Pedreira 3). É importante ressaltar que não serão divulgados os nomes das pedreiras que forneceram os agregados com o objetivo de preservar sua identidade quando da divulgação dos resultados obtidos.
Com o objetivo de conhecer melhor os processos de produção dos agregados, algumas visitas foram realizadas às pedreiras que forneceram os materiais. Em relação à britagem dos agregados, tanto a Pedreira 1 como a 2 possuem processos bem parecidos, com duas fases acontecendo; a primeira delas ocorre no britador por mandíbula, enquanto a segunda ocorre no britador girosférico ou cônico. Essa segunda etapa permite que os agregados alterem a sua forma passando de lamelares para um pouco mais cúbicos. Os processos de exploração da rocha também ocorrem da mesma maneira em ambas as Pedreiras 1 e 2, através de explosivos ou dinamites. Em relação ao controle de qualidade e a forma de armazenamento dos agregados, a Pedreira 2 realiza o controle da granulometria e da densidade de seus agregados diariamente, enquanto que a Pedreira 1 relatou que não faz nenhum tipo de controle dos materiais. Não foi ainda possível nenhuma coleta de informação em relação à Pedreira 3. A Tabela 1 apresenta a caracterização dos agregados através dos ensaios tradicionais: (i) abrasão Los Angeles (DNER-ME 35/98), (ii) adesividade (DNER-ME 78/94), (iii) absorção e densidade do graúdo (DNER-ME 81/98), (iv) densidade do miúdo (DNER-ME 84/95) e (v) índice de forma (DNER-ME 86/94).
Tabela 1. Caracterização dos agregados
Características Pedreira 1 Pedreira 2 Pedreira 3
Abrasão Los Angeles (%) 44,2 40,7 19,8
Adesividade Satisfatória Satisfatória Satisfatória
Absorção – Graúdo (%) 0,91 0,55 1,00
Densidade Real – Graúdo 2,66 2,67 2,48
Densidade Aparente – Graúdo 2,60 2,63 2,43
Densidade Real – Miúdo 2,64 2,72 –
3.2. Ensaios Realizados para Avaliação da Degradação e do Polimento
Para a obtenção de resultados que indicassem a resistência dos agregados em relação ao polimento e à degradação, foi utilizado o equipamento de abrasão Los Angeles a fim de se provocar nos materiais a alteração de suas propriedades de angularidade e textura superficial. Sendo assim, adotou-se uma metodologia que consistiu de três etapas: (i) medição das propriedades de forma iniciais dos agregados; (ii) ensaios de polimento e abrasão; e (iii) medição das propriedades de forma após a realização dos ensaios. Para a determinação das propriedades dos agregados antes e depois dos ensaios, foi utilizado o equipamento AIMS. A Figura 1 mostra o equipamento de abrasão Los Angeles e o AIMS.
(a) (b)
Figura 1. (a) Equipamento de abrasão Los Angeles e (b) AIMS
O uso do equipamento de abrasão Los Angeles tentou simular outro equipamento, o Micro-Deval, que possui características e finalidades semelhantes. Através desse equipamento, os agregados sofreram processos de quebra e abrasão e, também, de polimento. A metodologia adotada nesta pesquisa foi a mesma que consta no DNER-ME 35/98, normalmente utilizado apenas para a determinação da perda de massa por abrasão. O número de rotações do ensaio foi 500, e a quantidade de esferas foi 11, totalizando aproximadamente 4.584g de carga abrasiva.
Para esta pesquisa, dois tamanhos de agregados foram analisados, para os agregados originários das três pedreiras: (i) agregados passantes na peneira de 19mm e retidos na peneira de 12,5mm e (ii) agregados passantes na peneira de 12,5mm e retidos na peneira de 9,5mm. Sendo assim, os valores das propriedades de angularidade e textura antes e após os ensaios foram avaliados separadamente para cada tamanho de peneira.
3.3. Processamento Digital de Imagens (PDI)
A análise dos agregados graúdos no AIMS inclui parâmetros de forma tridimensional, angularidade, textura e razões de achatamento e alongamento (lamelaridade). Os agregados graúdos considerados pelo equipamento são aqueles retidos na peneira de abertura de 4,75mm (#4). As partículas de agregado devem ser posicionadas na bandeja transparente indicada para cada tamanho: 25,4; 19,0; 12,5; 9,5 ou 4,75mm. Quando o ensaio é iniciado, a bandeja com os agregados começa a girar dentro do equipamento, e a imagem de cada partícula é capturada. Em seguida, a bandeja gira novamente para que a altura dos agregados seja obtida e, assim, todas as dimensões, incluindo a profundidade, são adquiridas. Uma terceira digitalização é feita para que os níveis de textura sejam obtidos. Em relação aos agregados miúdos, ou seja, passantes na peneira #4 e retidos na peneira de abertura de 0,075mm (Nº 200), os mesmos
devem ser colocados e espalhados na bandeja opaca, que é utilizada para todos os tamanhos de agregados miúdos. Uma amostra de aproximadamente 50g de material, para cada tamanho, deve ser usada e espalhada uniformemente na bandeja. Nesse caso, apenas uma digitalização é feita. O equipamento avalia as imagens de maneira que as partículas de agregados que estejam em contato não sejam analisadas e não afetem, assim, o resultado.
A utilização do AIMS possui um passo a passo de uso que teve que ser seguido. Primeiramente, cada tipo de agregado foi quarteado e, em seguida, passado pelas peneiras utilizadas nesta pesquisa (12,5mm e 9,5mm). Em seguida, os agregados graúdos foram posicionados na bandeja de forma que suas partículas estivessem suficientemente separadas umas das outras para a análise individual de cada uma. Após a preparação da amostra na bandeja, foi selecionado, no software do equipamento, o tipo de análise a ser realizada, bem como o tamanho do agregado a ser ensaiado. O software fornece uma opção de análise para a obtenção das propriedades antes e depois dos ensaios de polimento e abrasão, sendo capaz de gerar automaticamente as quantidades de perda dessas propriedades bem como os gráficos com as distribuições cumulativas das mesmas. Por fim, as portas do equipamento foram fechadas, e o ensaio foi iniciado. Após as digitalizações necessárias, o equipamento levou a bandeja de volta para sua posição inicial, e então o software gerou todos os resultados e gráficos em planilhas do MS Excel. A Figura 2 mostra o passo a passo seguido.
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Figura 2. Passo a passo da utilização do AIMS: (a) interface do software; (b) agregados
dispostos na bandeja; (c) análise da angularidade e forma; (d) análise da textura superficial; (e) planilhas-resumo com os resultados; (f) resultados individuais de cada partícula 3.3.1. Parâmetros Analisados pelo AIMS
O AIMS é capaz de fornecer cinco diferentes propriedades (forma 2D, angularidade, textura, esfericidade e lamelaridade) para os agregados, além de fazer análises da textura superficial de corpos-de-prova de mistura asfáltica. Nesta pesquisa, apenas duas dessas propriedades foram analisadas: (i) angularidade e (ii) textura de agregados graúdos.
A angularidade é um parâmetro relacionado com o nível de agudeza das bordas de uma partícula de agregado. É medida através do parâmetro gradiente de angularidade, que quantifica as mudanças ao longo das bordas das partículas e varia em uma escala de 0 a 1.000. Assim, um círculo perfeito teria um valor de gradiente de angularidade muito baixo, próximo a zero. A Equação 1 mostra o cálculo que é feito para esse parâmetro no AIMS.
(1)
em que θ: ângulo de orientação dos pontos de borda; n: número total de pontos; i: i-ésimo ponto de borda da partícula.
A textura superficial dos agregados, calculada pela Equação 2, pode ser definida como as variações nos níveis de pixels de uma imagem. Esse parâmetro descreve a polidez ou rugosidade superficial das partículas de agregados e é aplicado apenas para os agregados graúdos. A textura é analisada através do método das wavelets, que caracteriza a superfície dos materiais através da média e do desvio padrão dos valores de pixels das imagens analisadas. Sua escala varia de 0 a 1.000, sendo um agregado totalmente polido aquele cujo valor de textura é muito próximo a zero.
(2)
em que D: função de decomposição; n: nível de decomposição da imagem; N: número total de coeficientes em uma imagem detalhada; i: direção da textura; j: índice wavelet; x,y: localização dos coeficientes no domínio transformado.
3.3.2. Classificação dos Agregados
Com o objetivo de classificar os agregados de acordo com os valores obtidos em sua caracterização, Al Rousan (2004) realizou ensaios em diversos agregados, com grandes variações em relação às propriedades de forma, angularidade e textura, além de composições mineralógicas distintas e tamanhos diversos. Através disso, foi capaz de desenvolver uma metodologia de classificação dos agregados de acordo com os valores fornecidos pelo AIMS para cada parâmetro analisado. O autor trabalhou com treze tipos de agregados graúdos e cinco tipos de agregados miúdos e realizou três ensaios para cada tamanho com o mesmo operador, além de utilizar diferentes operadores para um mesmo ensaio. Esses procedimentos tinham como objetivo excluir quaisquer variações relacionadas à reprodutibilidade e à representatividade dos ensaios. Por fim, aplicou o método estatístico dos clusters, ou agrupamentos, para as análises de seus resultados e obteve limites de classificação para cada propriedade obtida através do AIMS. Os limites criados para as propriedades de angularidade e textura são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2. Limites de classificação (Al Rousan, 2004)
4. RESULTADOS
Nesta pesquisa, foram analisadas, para cada tipo e tamanho de agregado, três amostras antes e três amostras depois dos ensaios de resistência ao polimento e à abrasão. Cada amostra analisada no AIMS possuía 50 partículas de agregado, totalizando 150 partículas para a obtenção da média de cada valor observado. A Figura 3 mostra exemplos de agregados antes e depois do uso dos ensaios. Os resultados obtidos são apresentados na sequência através de tabelas e gráficos.
(a) (b)
Figura 3. Agregados antes e depois do ensaio de abrasão: (a) 12,5mm e (b) 9,5mm 4.1. Abrasão Los Angeles
A Tabela 3 traz os valores médios de textura superficial e as classificações antes e depois dos ensaios no equipamento de abrasão Los Angeles, para os dois tamanhos de agregados retidos e para as três fontes distintas.
Tabela 3. Valores médios de textura superficial – abrasão Los Angeles
Fonte Peneira (mm) Antes Classificação
(Antes) Depois
Classificação (Depois)
Diferença (%)
1 12,5 346,0 Pouco rugoso 301,1 Pouco rugoso 12,9
9,5 325,1 Pouco rugoso 268,1 Liso 17,0
2 12,5 375,3
Rugosidade
moderada 319,3 Pouco rugoso 14,5
9,5 338,4 Pouco rugoso 278,6 Pouco rugoso 17,6
3
12,5 536,5 Muito rugoso 445,1 Rugosidade
moderada 17,0
9,5 496,4 Muito rugoso 397,5 Rugosidade
moderada 19,8
Propriedade Valores/Classificação
Angularidade
< 2.100 2.100 – 4000 4.000 – 5.400 > 5.400 -
Arredondado Subarredondado Subangular Angular -
Textura Superficial
< 165 165 – 275 275 – 350 350 – 460 > 460
Polido Liso Baixa
rugosidade
Rugosidade moderada
Alta rugosidade
Os resultados sugerem que o agregado proveniente da fonte 3 tende a ser aquele com a menor resistência ao polimento, pois a perda média de seus valores de textura superficial foi a maior quando se compara os três agregados, para ambos os tamanhos analisados. Já o agregado proveniente da fonte 1 foi aquele que apresentou menor perda em relação a esse parâmetro. Portanto, espera-se que esse seja o agregado com maior resistência ao polimento. É possível perceber também que, os valores de textura superficial, tanto antes como depois do polimento, foram menores para as partículas menores de agregados. Os percentuais de perda foram relativamente próximos ao se comparar os dois tamanhos analisados, o que pode indicar que agregados graúdos de diferentes tamanhos apresentam a mesma resistência ao polimento. A Figura 4 apresenta um gráfico com pontos que representam os valores de textura superficial de cada amostra de agregado, antes e depois do polimento. O gráfico traz todos os pontos localizados abaixo da linha de igualdade, mostrando que todos os agregados tiveram perda em sua textura superficial, o que era esperado devido ao processo de polimento aplicado neles. Também é possível perceber que, o agregado 3 é o mais rugoso e, mesmo após o polimento, continuou com os maiores valores de textura quando comparado aos outros dois materiais.
Figura 4. Comparação da textura dos agregados antes e depois da abrasão Los Angeles
Em relação à angularidade, os agregados sofreram perda dessa propriedade devido aos processos agressivos de degradação ocorridos no equipamento Los Angeles. Isso está diretamente ligado à resistência à abrasão. Além disso, os materiais também tiveram perda da massa retida em cada peneira, o que pode ser explicado pela quebra de suas partículas. Os resultados de valores de angularidade antes e depois do uso do equipamento Los Angeles podem ser visualizados na Tabela 4.
200 300 400 500 600 200 300 400 500 600 T ext u ra (depoi s) Textura (antes) Agregado 1 Agregado 2 Agregado 3 Linha de Igualdade
Tabela 4. Valores médios de angularidade - abrasão Los Angeles Fonte Peneira (mm) Antes Classificação (Antes) Depois Classificação (Depois) Diferença (%) 1 12,5 2.824,1 Subarredondado 2.182,0 Subarredondado 22,7
9,5 3.082,4 Sub arredondado 2.239,0 Subarredondado 27,3
2 12,5 2.579,1 Subarredondado 2.168,0 Subarredondado 15,9
9,5 2.818,3 Subarredondado 2.207,9 Subarredondado 21,6
3 12,5 3.103,2 Subarredondado 2.378,2 Subarredondado 23,3
9,5 3.080,0 Subarredondado 2.599,9 Subarredondado 15,6 A partir dos resultados apresentados, pode-se concluir que o agregado proveniente da fonte 1 é aquele com a menor resistência à abrasão, uma vez que este perdeu aproximadamente um quarto do valor de sua angularidade, para ambos os tamanhos analisados. Não há uma tendência clara no que diz respeito ao comportamento dos agregados em relação ao tamanho de suas partículas. No caso do agregado proveniente da fonte 2, aqueles retidos na peneira de 9,5mm tiveram uma maior perda em sua angularidade, ou seja, foram menos resistentes à abrasão. O inverso acontece para o agregado da fonte 3, uma vez que seus agregados maiores (retidos na peneira de 12,5mm) tiveram uma maior perda de angularidade. Os valores de angularidade, considerando cada situação separadamente (antes e depois) foram próximos, para os dois tamanhos de agregados, o que indica que as partículas possuem cantos ou arestas com o mesmo nível de arredondamento. A Figura 5 traz um gráfico com os pontos que representam os valores individuais de cada amostra antes e depois do processo de abrasão. É possível confirmar o que havia sido mostrado anteriormente, todas as amostras de agregados sofreram perda de angularidade, pois todos os pontos encontram-se abaixo da linha de igualdade.
Figura 5. Comparação da angularidade antes e depois da abrasão Los Angeles
2.000 3.000 4.000 5.000 2.000 3.000 4.000 5.000 Angu larid ad e ( d ep ois) Angularidade (antes) Agregado 1 Agregado 2 Agregado 3 Linha de Igualdade
O uso do equipamento de abrasão Los Angeles pode também indicar outro parâmetro relacionado com a degradação: a quebra dos agregados. Para analisar essa quebra, foram medidas as perdas em massa da quantidade de agregados retidos nas duas peneiras em estudo (12,5mm e 9,5mm). A Tabela 5 apresenta os valores, em porcentagem, dessas perdas.
Tabela 5. Perda em massa: abrasão Los Angeles
Fonte Peneira (mm) Antes (kg) Depois (kg) Diferença (%)
1 12,5 2.501,9 223,9 91,1 9,5 2.501,1 450,0 82,0 2 12,5 2.505,5 288,6 88,5 9,5 2.501,4 415,6 83,4 3 12,5 2.500,0 3.15,6 87,4 9,5 2.500,0 1.237,4 50,5
Os valores da Tabela 5 podem levar à conclusão de que os agregados menores, ou retidos na peneira de 9,5mm, tiveram uma menor quebra de suas partículas, resultando numa perda em massa inferior àquela obtida para os agregados maiores, ou retidos na peneira de 12,5mm. No entanto, é importante ressaltar que ambos os tamanhos de agregados foram ensaiados simultaneamente no equipamento de abrasão Los Angeles, ou seja, parte dos agregados inicialmente retidos na peneira de 12,5mm sofreu uma quebra apenas suficiente para ficarem retidos na peneira de 9,5mm. Logo, a perda em massa de agregados retidos na peneira 9,5mm deve ter sido, na realidade, maior do que a porcentagem apresentada.
É importante deixar claro que para o ensaio de abrasão Los Angeles, seguindo os procedimentos normatizados, é levada em consideração a perda em massa dos agregados retidos na peneira de 1,7mm, mesmo que inicialmente sejam colocados agregados mais graúdos no equipamento. A perda dos agregados retidos nas peneiras de 12,5mm e 9,5mm é um indicativo da resistência à quebra dos agregados e, para os materiais estudados, seguiu a mesma tendência dos resultados do ensaio normatizado de abrasão Los Angeles. O ranking de perda em massa dos agregados foi o mesmo para os diferentes materiais analisados: a fonte 1 forneceu os agregados com menor resistência à quebra (e maior valor de abrasão Los Angeles), enquanto que a fonte 3 forneceu os agregados com maior resistência (e valor muito baixo de abrasão Los Angeles), conforme pode ser visto também na Tabela 1.
A Figura 6 correlaciona a perda no valor de angularidade com a perda em massa dos agregados para os três materiais estudados e os dois tamanhos analisados. O objetivo do gráfico é tentar fazer uma distinção entre as duas propriedades que estão envolvidas com a degradação dos agregados: (i) abrasão e (ii) quebra. A partir do gráfico, é possível concluir que não há uma tendência definitiva para o comportamento dos três agregados quando se traça uma relação entre a abrasão e a quebra dos mesmos. Os limites das regiões apresentadas foram determinados através da média da perda em massa e da perda de angularidade quando se considerou todos os agregados e todos os tamanhos analisados. Portanto, os limites são relativos aos agregados estudados apenas, tendo sido considerados altos aqueles pontos que ficaram acima da média (a média de perda de massa foi de, aproximadamente, 80% e a média de perda de angularidade foi de, aproximadamente, 20%) e baixos aqueles que ficaram abaixo da média dos parâmetros em questão. É importante ressaltar que existem dois pontos para cada agregado, devido aos dois tamanhos analisados. Os autores reforçam que os limites
foram arbitrariamente escolhidos e dizem respeito às características específicas do presente estudo, não havendo uma referência na literatura aos mesmos.
A maior parte dos pontos encontra-se na região de alta abrasão e alta quebra, porém é possível perceber que o agregado 2 teve, em geral, uma melhor resistência à quebra e à abrasão em relação ao agregado 1. Além disso, o agregado 3 teve, para o tamanho de 9,5mm, os menores valores de perda de angularidade e perda em massa, o que pode indicar seu melhor comportamento em relação à resistência à degradação.
Figura 6. Relação entre abrasão e quebra de agregados 5. CONCLUSÕES
Este trabalhou buscou apresentar uma metodologia de avaliação da resistência dos agregados em relação ao polimento, à abrasão e à quebra de suas partículas. Para simular esses processos, que alteram as características dos agregados, foi utilizado o equipamento de abrasão Los Angeles. Três agregados provenientes de pedreiras distintas do estado do Ceará foram analisados, sendo divididos em duas frações: (i) retidos na peneira de 12,5mm e (ii) retidos na peneira de 9,5mm.
A angularidade foi o parâmetro considerado como indicativo da resistência à abrasão, enquanto que a textura superficial foi relacionada com a resistência ao polimento. Essas características dos agregados foram quantificadas antes e depois no AIMS, equipamento desenvolvido para a caracterização da forma, angularidade e textura de agregados através do PDI. Em relação à quebra das partículas de agregados, essa propriedade foi observada através das perdas em massa dos materiais após os ensaios.
Em relação ao uso do equipamento de abrasão Los Angeles, os resultados obtidos mostraram que os três agregados sofreram perda nos valores de suas características de textura e angularidade após a aplicação dos procedimentos de abrasão e polimento. Isso significa que os agregados ficaram com suas superfícies mais lisas e com seus cantos mais arredondados. Não houve uma tendência em relação ao comportamento dos agregados quando se compara os dois tamanhos analisados. Em alguns casos, a alteração nas propriedades foi maior para um tamanho, porém em outros o inverso aconteceu.
10 15 20 25 30 50 60 70 80 90 100 P er d a d e Angu larid ad e (% ) Perda em Massa (%)
Agregado 1 Agregado 2 Agregado 3
Alta Abrasão Alta Quebra Alta Abrasão Baixa Quebra Baixa Abrasão Baixa Quebra Baixa Abrasão Alta Quebra
Para o futuro, sugere-se tentar fazer correlações entre os resultados obtidos para os agregados com resultados mecânicos de misturas que sejam compostas pelos mesmos. Além disso, devem-se aperfeiçoar as metodologias aqui apresentadas para que elas possam se tornar cada vez mais um bom indicativo das propriedades de resistência ao polimento e à degradação dos agregados no cenário brasileiro. Por fim, outros ensaios devem ser estudados e verificados em relação à possibilidade de fazer previsão das resistências dos agregados. Acredita-se que o Wet Track Abrasion Test (WTAT), por exemplo, pode ser também uma boa ferramenta na avaliação da resistência ao polimento e à abrasão dos agregados.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à CAPES pelo apoio financeiro em forma de bolsa de mestrado para o primeiro autor; às pedreiras (Itaitinga – MFT, Pyla e OCS) pelo fornecimento dos agregados em estudo nesta pesquisa; à Petrobras, ao CNPq e à FINEP pelo investimento no Laboratório da Mecânica dos Pavimentos da Universidade Federal do Ceará (LMP/UFC).
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